多含水層地層45m級(jí)基坑承壓水控制設(shè)計(jì)與實(shí)踐*

宗露丹

(1.華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司上海地下空間與工程設(shè)計(jì)研究院,上海 200011;2.上?；庸こ汰h(huán)境安全控制工程技術(shù)研究中心,上海 200002)

0 引言

城市地下空間的開(kāi)發(fā)利用率已成為衡量城市現(xiàn)代化的重要標(biāo)志,是世界性的城市發(fā)展趨勢(shì)。上海作為我國(guó)超大中心城市,其淺中層地下空間利用目前已逐漸趨于飽和,挖掘深層地下空間資源,提高城市土地利用率已成為上海城市綠色安全運(yùn)營(yíng)的戰(zhàn)略需求和必然趨勢(shì)。在此時(shí)代背景下,上海某重大科學(xué)裝置項(xiàng)目5號(hào)井工程挖深已突破45m,是目前上海地區(qū)最深的非圓形基坑工程[1]。

然而,上海地區(qū)地質(zhì)條件為典型的濱海地貌單元,其淺部約30～40m深度為含水量高、抗剪強(qiáng)度低、具有流變特性的軟弱黏土層,而深部則分布有多層含承壓水砂層,砂層間或夾有相對(duì)隔水黏土層、或聯(lián)通分布。同時(shí),上海作為開(kāi)發(fā)成熟的特大城市,其地面建筑物密集、地下管線眾多、交通網(wǎng)絡(luò)縱橫,城市環(huán)境保護(hù)要求高。

面對(duì)如此復(fù)雜的地質(zhì)條件和環(huán)境保護(hù)需求,挖深達(dá)45m級(jí)的基坑工程將面臨更深層的承壓含水層大幅度減壓降水需求,周邊環(huán)境承壓水降幅需嚴(yán)格控制。為解決濱海地貌地區(qū)超深基坑工程的承壓水控制難題,本文依托5號(hào)井作為工程背景,重點(diǎn)介紹深部承壓含水層水文特征參數(shù)研究、復(fù)雜多層承壓水的基坑隔-降-灌一體化設(shè)計(jì)、承壓水控制試抽水及正式運(yùn)營(yíng)效果驗(yàn)證,為濱海地區(qū)類似超深基坑工程的承壓水控制設(shè)計(jì)和施工提供借鑒。

1 工程概況

1.1 基坑概況

上海某重大科學(xué)裝置項(xiàng)目由5座地下工作井、10條地下隧道和若干地上附屬設(shè)施組成,其中5號(hào)井為面積最大、挖深最深的矩形基坑,面積為4 535m2,平面尺寸為57.4m×79m,普遍區(qū)域挖深為42.1m,南側(cè)約900m2靶球落深區(qū)域挖深為45.45m。

5號(hào)井基坑周邊環(huán)境較復(fù)雜,基坑?xùn)|側(cè)的500kV高壓鐵塔49號(hào)、220kV高壓鐵塔楊機(jī)15號(hào)、220kV高壓鐵塔峰龍58號(hào)距基坑分別約為58.2,80.1,116.4m,基坑西側(cè)的磁懸浮距基坑約91m,均采用樁基礎(chǔ)形式。其中磁懸浮基礎(chǔ)附加變形保護(hù)要求極其嚴(yán)苛,基礎(chǔ)總沉降控制值為2mm,相鄰墩柱不均勻沉降量控制值為1mm。

1.2 工程與水文地質(zhì)條件

本工程地貌單元為長(zhǎng)江三角洲濱海平原,受古河道切割影響,自地表至約45m深度范圍內(nèi)為以流塑～軟塑填土、淤泥質(zhì)黏土、黏土、粉質(zhì)黏土為主的深厚軟弱黏土層,其下⑦2,⑨,⑾層為深厚的密實(shí)粉細(xì)砂層,標(biāo)貫擊數(shù)分別約為58,82,105,⑦2與⑨層之間為⑧21粉質(zhì)黏土與粉砂互層。土層物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1 土層物理力學(xué)指標(biāo)Table 1 Properties of the soils

場(chǎng)地地下水有潛水和承壓水兩種類型。潛水含水層主要賦存于淺部軟弱黏土層中,水位埋深0.5～3.8m。深部為多層承壓含水層,包括賦存于第⑤2,⑤3a層的微承壓含水層,水頭埋深約5.6m,且⑤3a層大部分區(qū)域與第⑦2層聯(lián)通;深部第⑦2層、第⑨層、第層分別為上海地區(qū)第I,II,III承壓含水層,水頭埋深均約為9m,其中⑦2層與⑨層間分布有第⑧21層作為相對(duì)隔水層,⑨層與(11)層相互聯(lián)通,形成厚度達(dá)50m以上的巨厚承壓含水層。根據(jù)抗突涌穩(wěn)定性要求,需對(duì)開(kāi)挖面直接揭露的⑤2層進(jìn)行疏干降水,而深部分別相互聯(lián)通的⑤3a,⑦層及⑨,(11)層的水頭降深需求分別約為38～42m,12～18m。

2 現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)及水文地質(zhì)參數(shù)反演

上海軟土地區(qū)目前常規(guī)基坑挖深基本為30m以下,常涉及的承壓含水層主要為淺部微承壓含水層及⑦層第I承壓含水層,相應(yīng)的水文地質(zhì)參數(shù)已積累豐富的經(jīng)驗(yàn)[2-6]。本基坑挖深突破45m級(jí),涉及深部⑨,(11)層即第II,III承壓含水層減壓降水需求。而深部承壓含水層水文地質(zhì)參數(shù)取值經(jīng)驗(yàn)較缺乏,且砂層因取樣困難也無(wú)法獲得精確的室內(nèi)滲透試驗(yàn)參數(shù),需通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)結(jié)合數(shù)值分析方法反演獲得深部承壓含水層水文地質(zhì)參數(shù)。

2.1 單井抽水試驗(yàn)

試驗(yàn)場(chǎng)地位于基坑南側(cè)坑外約50m處,分別針對(duì)⑨層和(11)層各布設(shè)2口抽水井,井位呈方形布置,井間距約為10m,且南側(cè)距基坑約12m處設(shè)置1口⑨層抽水井,分別開(kāi)啟單口井進(jìn)行抽水試驗(yàn)。各抽水試驗(yàn)井構(gòu)造參數(shù)及抽水試驗(yàn)過(guò)程如表2所示。

表2 抽水試驗(yàn)井結(jié)構(gòu)參數(shù)及抽水試驗(yàn)過(guò)程Table 2 Parameters of well structure and process of pumping test

抽水試驗(yàn)過(guò)程中,通過(guò)分別封堵試驗(yàn)井5Y9-2,5Y9-3底部7m和3m長(zhǎng)度的濾管,調(diào)整⑨層抽水井的濾管深度以了解⑨層深度方向的透水性變化。單井抽水試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。由表3可知,第⑾層抽水井單井出水量大,表明其承壓含水層富水性極強(qiáng);⑨層隨濾管長(zhǎng)度增加,抽水量變化較大,表明該層透水性呈淺部偏弱、深部偏強(qiáng)的垂向不均勻性。當(dāng)⑨層單井抽水量較大時(shí),⑾層觀測(cè)井水位降深明顯,反之亦然,表明⑨層與⑾層豎向水力聯(lián)系較強(qiáng)。結(jié)合⑨層滲透性分布特點(diǎn),故初步確定第⑨層抽水井采用6m濾管減壓井,濾管深度位置76～82m。此外,可能受地層局部黏性土透鏡體分布所致,5Y9-1抽水井單井出水量相對(duì)偏小。

表3 單井抽水試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of single well pumping test

2.2 水文地質(zhì)參數(shù)反演分析

通過(guò)對(duì)⑨和⑾層含水層分別進(jìn)行單井抽水試驗(yàn)后,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)多組單井試驗(yàn)成果,考慮淺、深層之間的流量交換以及滲流特點(diǎn),借助Visual Modflow軟件建立三維數(shù)值模型,進(jìn)行數(shù)值法反演分析,獲得深部承壓含水層水文參數(shù)。

數(shù)值模擬計(jì)算采用含水層三維模型,數(shù)值模型平面范圍以試驗(yàn)區(qū)為中心,建模范圍為16km×16km;垂向深度為150m,根據(jù)實(shí)際地層分布情況設(shè)置。且根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)地勘察靜力觸探成果,將模型中⑨層細(xì)分為⑨上和⑨下兩層,分界線深度視靜力觸探揭示成果相應(yīng)調(diào)整取80～84m。由于抽水試驗(yàn)區(qū)較小且抽水時(shí)間短,故將模型外邊界設(shè)為定水頭邊界。

利用各單井試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬擬合分析,分別求解得到⑨層、(11)層的滲透系數(shù)及儲(chǔ)水率,以5Y9-2(13m長(zhǎng)濾管)單井試驗(yàn)結(jié)果擬合分析為例,計(jì)算所得的觀測(cè)井水位與實(shí)測(cè)水位隨時(shí)間變化關(guān)系對(duì)比如圖1所示,由圖可知兩者水位吻合度較好。

圖1 5Y9-2單井抽水試驗(yàn)擬合結(jié)果Fig.1 Fitting results of 5Y9-2 single well pumping test

通過(guò)除5Y9-1外的6組單井抽水試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合反演分析,并綜合考慮各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)性和本工程水文地質(zhì)特性,所得⑨層與⑾層含水層水文地質(zhì)參數(shù)建議值如表4所示。

表4 單井抽水試驗(yàn)反演分析所得水文參數(shù)Table 4 Hydrologic parameters from inversion analysis of single well pumping test

3 基坑圍護(hù)與降水一體化設(shè)計(jì)

3.1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案

基坑采用順作法方案,周邊圍護(hù)體采用1.2m厚地下連續(xù)墻,地下連續(xù)墻受力段入土深度為77.1～79.1m,受力段下方設(shè)置一定長(zhǎng)度的構(gòu)造配筋止水段形成懸掛帷幕,墻體分幅槽段之間采用套銑接頭。由于本基坑為軟土地區(qū)超深矩形基坑工程,深部巨大水土壓力導(dǎo)致超深地下連續(xù)墻墻身及接縫滲水風(fēng)險(xiǎn)大大提高,為提高帷幕體系止水效果的可靠性,在地下連續(xù)墻外側(cè)2.3～11m凈距范圍設(shè)置了0.9m厚、69m深的超深TRD工法水泥土攪拌墻止水帷幕,從而針對(duì)第Ⅰ承壓含水層、微承壓含水層及以上潛水含水層形成“地下連續(xù)墻+TRD”的雙帷幕止水體系。

基坑普遍區(qū)域設(shè)置9道鋼筋混凝土水平支撐,南側(cè)靶球落深區(qū)域設(shè)置局部第10道鋼筋混凝土支撐,支撐采用對(duì)撐、角撐結(jié)合邊桁架布置形式,混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C40。普遍區(qū)域支撐平面如圖2所示,基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)南北向剖面如圖3所示。

圖2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置Fig.2 Plan layout of foundation excavation supports structure

圖3 基坑支護(hù)體系剖面Fig.3 Profile of foundation excavation supporting system

3.2 分層減壓降水控制設(shè)計(jì)

對(duì)于5號(hào)工作井基坑而言,由于基坑開(kāi)挖深度超深,涉及淺層潛水含水層疏干降水、中部及深部承壓含水層減壓降水需求。為此,本項(xiàng)目基坑地下水分層減壓降水控制設(shè)計(jì)原則主要分為3個(gè)階段。

1)第1階段疏干降水(針對(duì)①～⑤3層) 針對(duì)坑底以上潛水層,為保證基坑實(shí)施期間安全可控,布設(shè)疏干井將潛水疏干至各層開(kāi)挖面以下,且潛水含水層以物理力學(xué)性質(zhì)較差的軟流塑黏土層為主,宜至少保證20d以上的預(yù)抽水時(shí)間,增加坑內(nèi)軟土層固結(jié)程度。

2)第2階段先減壓后疏干降水(針對(duì)⑤3a～⑦2層) 由于基坑開(kāi)挖面已揭露⑤3a層,且地下連續(xù)墻受力段底部已隔斷⑦2層,故可采取先按需減壓后疏干的原則,最終把承壓水水位控制在坑底下1m。

3)第3階段減壓降水(針對(duì)⑨層) 對(duì)于深部第II承壓含水層,其滲透系數(shù)較大,降水漏斗平緩,需設(shè)置坑內(nèi)減壓井,為減小坑內(nèi)降深對(duì)坑外承壓水影響,應(yīng)當(dāng)按照“按需降壓”的原則,開(kāi)挖至臨界開(kāi)挖面后再開(kāi)啟減壓井,同時(shí)需結(jié)合工程土層分布情況,設(shè)置隔斷或懸掛帷幕,減少坑外承壓水繞流對(duì)周邊環(huán)境造成的影響。

3.3 降水井布置及構(gòu)造

根據(jù)地下水分層控制設(shè)計(jì)原則,基坑開(kāi)挖面以上潛水含水層以黏性土為主,通過(guò)設(shè)置真空管井進(jìn)行常規(guī)疏干降水;坑底下各承壓含水層降水方案則根據(jù)各土層出水量、滲透系數(shù)等水文參數(shù),并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)單井抽水試驗(yàn)成果、坑內(nèi)減壓降水計(jì)算分析,針對(duì)各承壓含水層設(shè)置不同井深、濾管長(zhǎng)度、井徑、孔徑的減壓井、觀測(cè)井,且在雙止水帷幕之間布設(shè)抽水井以滿足夾弄內(nèi)應(yīng)急降水需求,各類型降水井平面、剖面布置分別如圖2,3所示,構(gòu)造參數(shù)如表5所示。

表5 降水井?dāng)?shù)量及構(gòu)造Table 5 Number and structure of dewatering wells

3.4 懸掛帷幕深度比選優(yōu)化

由于第II和第III承壓含水層聯(lián)通,形成超50m厚的巨厚承壓含水層組,地下連續(xù)墻只能采用懸掛帷幕方式進(jìn)入第II承壓含水層,因此需確定合理的插入深度,以確?？觾?nèi)減壓的同時(shí)周邊環(huán)境影響可控。通過(guò)三維滲流模擬分析,在坑內(nèi)各承壓含水層減壓降水深度滿足設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上,通過(guò)調(diào)整對(duì)比不同帷幕深度條件下的坑外環(huán)境尤其是磁懸浮的影響分析,根據(jù)坑外承壓水位降深減小幅度的變化規(guī)律,提出最佳的地下連續(xù)墻懸掛帷幕深度。

滲流分析模型以2.2節(jié)中模型為基礎(chǔ),針對(duì)本工程平面布置范圍調(diào)整網(wǎng)格劃分,模型尺寸及定水頭邊界條件不變,并根據(jù)本工程范圍內(nèi)的勘探資料,將模型中細(xì)分的⑨上和⑨下分界線深度取為80m。根據(jù)確定的第⑨層減壓井濾管底埋深82m,分別假定地下連續(xù)墻墻趾深度為85.8,87.8,89.8,91.8,93.8m,即對(duì)應(yīng)帷幕相對(duì)減壓井濾管底懸掛長(zhǎng)度分別為3.8,5.8,7.8,9.8,11.8m,進(jìn)行降水模擬對(duì)比分析。以帷幕深度為89.8m為例,當(dāng)⑨層降壓井運(yùn)行100d且坑內(nèi)水頭降深滿足減壓需求后,坑外主要建構(gòu)(筑)物處水位降深垂向分布情況如圖4所示。距基坑5m處的最大水位降深為4.1m,西側(cè)三八河駁岸、磁懸浮處的最大水位降深分別為3.4,2.4m,東側(cè)的500kV高壓鐵塔49號(hào)、220kV高壓鐵塔楊機(jī)15號(hào)、220kV高壓鐵塔峰龍58號(hào)的最大水位降深分別為2.6,2.5,2.1m,且各鄰近建(構(gòu))筑物的最大水位降深均發(fā)生在埋深約90～92m附近的第⑨層中部。

圖4 減壓降水引起周邊環(huán)境降深垂向分布曲線Fig.4 The vertical distribution curve of surrounding environment with water reduction

根據(jù)周邊重要建(構(gòu))筑物相應(yīng)的水位降深情況,進(jìn)一步采用分層總和法預(yù)測(cè)周邊環(huán)境相應(yīng)的沉降值。并根據(jù)本工程鄰近1號(hào)井水勘試驗(yàn)場(chǎng)地內(nèi)短期群井抽水引起的沉降變形特性及計(jì)算結(jié)果,將⑧21,⑨,(11)層的沉降計(jì)算修正系數(shù)分別取為0.24,0.16和0.18。計(jì)算所得的基坑周邊環(huán)境沉降值隨帷幕懸掛深度變化情況如圖5所示。

圖5 周邊環(huán)境沉降值隨帷幕增加的變化曲線Fig.5 Variation curve of surface settlement with the increase of water curtain length

由圖5可知,當(dāng)止水帷幕深度從85.8m增加至89.8m時(shí),最大水位降深及周邊環(huán)境沉降減小速率較大;而止水帷幕深度從89.8m增加至93.8m時(shí),對(duì)應(yīng)的環(huán)境保護(hù)對(duì)象處的水位和沉降變化速率趨緩,可見(jiàn)89.8m深度的止水帷幕為相對(duì)有效、合理、經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)解。

然而當(dāng)止水帷幕深度為89.8m,磁懸浮最大沉降為4.6mm,已超出沉降控制值。但若通過(guò)加深帷幕使沉降控制在2mm以內(nèi),磁懸浮處降深要控制在1m以內(nèi),理論上帷幕深度應(yīng)在105m以上,經(jīng)濟(jì)造價(jià)將大大增加,故考慮在89.8m帷幕深度的基礎(chǔ)上,結(jié)合地下水回灌措施進(jìn)一步控制磁懸浮沉降。

3.5 隔-降-灌一體化設(shè)計(jì)分析

為進(jìn)一步控制磁懸浮沉降值,需在89.8m深懸掛帷幕基礎(chǔ)上進(jìn)行隔-降-灌一體化設(shè)計(jì),故考慮在距離磁懸浮17m處沿其平行方向每間隔12m布置1口回灌井,共設(shè)置9口回灌井及2口備用井。同時(shí)為增加回灌的影響范圍和深度、提高回灌效果,考慮回灌井濾管深度設(shè)計(jì)為69～82m,濾管上部進(jìn)入⑧21層底部,同時(shí)對(duì)⑧21層、⑨層進(jìn)行回灌。

當(dāng)坑內(nèi)⑨層減壓井開(kāi)啟時(shí),同時(shí)啟動(dòng)所有坑外回灌井進(jìn)行抽灌,動(dòng)態(tài)運(yùn)行100d后,由坑內(nèi)各含水層降深情況可知,⑨層坑內(nèi)水位降深為16.1m,滿足水位降深需求,坑外磁懸浮處降深為0.3～0.8m,0.5m降深影響范圍約750m。根據(jù)分層總和法計(jì)算所得的磁懸浮預(yù)估沉降約1.6mm,滿足變形控制需求。

4 基坑實(shí)施前試抽水試驗(yàn)

為確定各類型降水井結(jié)構(gòu)和井?dāng)?shù)量,復(fù)核數(shù)值分析反演水文地質(zhì)參數(shù)可靠性,檢驗(yàn)雙止水帷幕體系隔水效果,于基坑開(kāi)挖前分別針對(duì)⑤3a～⑦2層、⑨層進(jìn)行深部承壓含水層專項(xiàng)試抽水試驗(yàn),進(jìn)一步分析坑內(nèi)水位降深量及坑外環(huán)境影響程度。

4.1 坑內(nèi)第⑤3a～⑦2層抽水試驗(yàn)

坑內(nèi)第⑤3a～⑦2層抽水試驗(yàn)階段,開(kāi)啟了編號(hào)5Y578-1～5Y578-4共4口坑內(nèi)降水井,抽水周期為11.8d,總流量4.3m3/h,此后停抽水位恢復(fù)周期為1.9d。此外由于坑內(nèi)抽水試驗(yàn)之前,于雙帷幕之間開(kāi)啟了2口⑤3a～⑦2層抽水井,抽水周期為6d、停抽恢復(fù)周期17d,在坑內(nèi)抽水試驗(yàn)階段,雙帷幕間水位未恢復(fù),水位降深值約為35m。

抽水期間及停抽后各觀測(cè)井水位變化如圖6所示。由圖6可知,坑內(nèi)抽降⑤3a～⑦2層承壓水期間,最大水位降深為35.6m,水位降至地表以下46.1m,位于坑底以下,滿足水位控制要求;坑內(nèi)⑧21層水位降深為22.5m,降至地表以下33.20m?？觾?nèi)抽水周期內(nèi),坑外⑤3a～⑦2層基本無(wú)水位降深變化,⑧21層水位最大降深0.3m;停抽2天后⑤3a～⑦2層水位基本無(wú)恢復(fù),⑧21層水位僅恢復(fù)1m,整體恢復(fù)速率極緩慢?？梢?jiàn)雙帷幕體系止水效果良好,且⑤3a～⑦2層垂向?qū)娱g越流補(bǔ)給較少,⑧21相對(duì)隔水層的豎向滲透系數(shù)較小。

圖6 坑內(nèi)⑤3a～⑦2層抽水觀測(cè)井水位歷時(shí)曲線Fig.6 Duration curve of observation wells’ water level of ⑤3a～⑦2 layers

4.2 坑內(nèi)第⑨層抽水試驗(yàn)

坑內(nèi)第⑨層抽水試驗(yàn)階段,開(kāi)啟了編號(hào)5YB9-1～5YB9-2共2口坑內(nèi)降水井,抽水周期為1d,總流量140m3/h,此后停抽水位恢復(fù)周期為1d。

抽水期間及停抽后各觀測(cè)井水位變化如圖7所示。由圖7可知,坑內(nèi)抽降⑨層承壓水期間,坑內(nèi)⑨層觀測(cè)的最大水位降深為18.5m,水位降至地表以下25.0m,可滿足⑨層水位控制要求?？觾?nèi)抽水周期內(nèi),坑外及磁懸浮處水位基本在抽水井運(yùn)行12h后趨于穩(wěn)定,坑外⑨層最大水位降深0.6m,坑內(nèi)外承壓水水位降深比1∶30,磁懸浮處降深最大為0.36m。停抽后水位恢復(fù)速度較快,坑內(nèi)水位10min恢復(fù)25%,30min恢復(fù)68%,1h恢復(fù)86%?？梢?jiàn)89.8m長(zhǎng)度的懸掛帷幕隔水效果良好,且第⑨層滲透系數(shù)較大,水量補(bǔ)給迅速。

圖7 坑內(nèi)⑨層抽水觀測(cè)井水位歷時(shí)曲線Fig.7 Duration curve of observation wells’ water level of layer ⑨

5 承壓水控制正式運(yùn)行及效果分析

5.1 淺部⑤3a～⑦2層承壓含水層降水效果

基坑自開(kāi)挖至第5皮土方開(kāi)始陸續(xù)開(kāi)啟2口坑內(nèi)⑤3a～⑦2層減壓井,且由于夾弄試抽水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)地墻存在局部滲漏,故為減少基坑滲漏水風(fēng)險(xiǎn),同步陸續(xù)開(kāi)啟2口夾弄內(nèi)⑤3a～⑦2層減壓井,形成夾弄內(nèi)及坑內(nèi)的階梯式水頭差。坑內(nèi)、夾弄內(nèi)的單日抽水量分別為30.1,38.7m3/d。

基坑實(shí)施期間,坑內(nèi)、夾弄內(nèi)、坑外的⑤3a～⑦2層承壓水水位變化如圖8所示,由圖8可知,在開(kāi)啟減壓井之前,因前期夾弄內(nèi)、坑內(nèi)試抽水試驗(yàn)產(chǎn)生的水位降深逐步恢復(fù),且?jiàn)A弄內(nèi)恢復(fù)速率相對(duì)緩慢。此后,隨坑內(nèi)、夾弄內(nèi)⑤3a～⑦2層減壓井逐步開(kāi)啟,坑內(nèi)、夾弄內(nèi)、坑外的⑤3a～⑦2層最大水位降深值分別為46.0,42.9,1.7m,水位降深比為27∶25∶1,驗(yàn)證了TRD止水帷幕作為第2道隔水防線的封閉性、可靠性、必要性。

圖8 基坑實(shí)施期間坑內(nèi)外⑤3a～⑦2層水位變化時(shí)程曲線Fig.8 The variation curve of observation wells’ water level of ⑤3a～⑦2 layers during foundation excavation implementation

5.2 深部⑨層承壓含水層降水效果

基坑開(kāi)挖至第9皮土方時(shí)開(kāi)始陸續(xù)開(kāi)啟4口坑內(nèi)⑨層減壓井,坑內(nèi)平均單日抽水量約5 862m3/d,可見(jiàn)由于⑨層承壓含水層滲透性好、水量補(bǔ)給豐富且基坑止水帷幕采用懸掛帷幕形式,故而⑨層抽水量較其上覆承壓含水層明顯偏大。

基坑實(shí)施期間,坑內(nèi)、夾弄內(nèi)、坑外的⑨層承壓水水位變化如圖9所示,由圖9可知,隨減壓井開(kāi)啟,坑內(nèi)水位降深迅速增加,坑內(nèi)、夾弄內(nèi)、坑外的⑨層最大水位降深值分別為42.0,2.6,1.3m,水位降深比約為32∶2∶1,磁懸浮處水位降深僅約0.8m,表明89.8m深的地下連續(xù)墻針對(duì)⑨層懸掛隔水效果十分理想,有效阻隔了坑外⑨層水位的下降,為基坑周邊環(huán)境保護(hù)提供了堅(jiān)實(shí)的保障。此后,在基坑回筑拆除第5道支撐階段,陸續(xù)停抽減壓井,水位降深則迅速恢復(fù)。

圖9 基坑實(shí)施期間坑內(nèi)外⑨層水位變化時(shí)程曲線Fig.9 The variation curve of observation wells’ water level of layer ⑨ during foundation excavation implementation

5.3 磁懸浮基礎(chǔ)沉降控制效果

基坑實(shí)施期間的西側(cè)磁懸浮柱墩基礎(chǔ)沉降量、前后鄰近承臺(tái)柱墩差異沉降的歷時(shí)分布曲線如圖10所示。由圖10可知,磁懸浮各柱墩沉降量、相鄰柱墩的差異沉降量均較小,最大沉降量?jī)H0.8mm、最大差異沉降僅0.7mm,可見(jiàn)基坑實(shí)施過(guò)程對(duì)磁懸浮結(jié)構(gòu)影響很小,滿足其正常運(yùn)營(yíng)需求。

圖10 磁懸浮基礎(chǔ)沉降歷時(shí)曲線Fig.10 Settlement duration curve of magnetic levitation foundation

6 結(jié)語(yǔ)

基于工程場(chǎng)地水文地質(zhì)特性復(fù)雜、基坑承壓含水層降深幅度大、鄰近環(huán)境保護(hù)對(duì)象敏感等降水設(shè)計(jì)重難點(diǎn),本文分別就基于現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)的深部承壓含水層水文地質(zhì)特性研究、滿足坑內(nèi)降水需求的地下水分層減壓控制設(shè)計(jì)原則及雙帷幕體系、減少坑外水位降深影響的隔-降-灌一體化承壓水控制設(shè)計(jì)、基坑承壓水試驗(yàn)試運(yùn)行及正式控制運(yùn)行的實(shí)施效果進(jìn)行了系統(tǒng)研究。

1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水文勘察試驗(yàn)可知,深部⑨層與⑾層相連通形成承壓含水層組補(bǔ)給豐富且滲透系數(shù)較大,⑨層垂向土性及水量補(bǔ)給較不均勻,⑨層與⑾層豎向水力聯(lián)系較強(qiáng),基于反演分析獲得了⑨層與⑾層含水層水文地質(zhì)參數(shù)建議值。

2)針對(duì)淺部潛水含水層、中部第I(微)承壓含水層及深部相連通的第II、第III承壓含水層,提出了承壓水分層減壓降水控制設(shè)計(jì)原則:第1階段疏干降水(針對(duì)①～⑤3層)、第2階段先減壓后疏干降水(針對(duì)⑤3a層～⑦2層)、第3階段按需減壓降水(針對(duì)⑨層)。

3)通過(guò)三維數(shù)值模擬分析對(duì)比不同止水帷幕深度條件下的周邊環(huán)境水位降深及預(yù)估沉降分析,明確89.8m深懸掛帷幕為相對(duì)有效、合理、經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)解。為進(jìn)一步控制鄰近磁懸浮沉降值,結(jié)合隔-降-灌一體化分析,在89.8m深懸掛帷幕基礎(chǔ)上于磁懸浮沿線布設(shè)一定數(shù)量的回灌井。

4)基坑開(kāi)挖前進(jìn)行坑內(nèi)承壓含水層抽水試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明雙帷幕體系隔水效果良好,滿足設(shè)計(jì)需求?；诱介_(kāi)挖期間,雙帷幕隔斷的第Ⅰ(微)承壓含水層坑內(nèi)外水位降深分別為46.0,1.7m,懸掛式帷幕遮攔的第II承壓含水層坑內(nèi)外水位降深分別為42.0,1.3m,磁懸浮處的水位降深僅0.8m,可見(jiàn)坑內(nèi)承壓水降水及隔水帷幕設(shè)計(jì)既保證了基坑實(shí)施階段的抗承壓水突涌穩(wěn)定性安全,又有效控制了抽降承壓水對(duì)磁懸浮基礎(chǔ)及線路的影響。